◆劉鵬翼

智能視頻分析技術(shù)及應(yīng)用

◆劉鵬翼

（山西金融職業(yè)學(xué)院信息技術(shù)系 山西 030008）

隨著云計算、大數(shù)據(jù)和人工智能等在安防視頻監(jiān)控技術(shù)中的應(yīng)用，簡單的視頻錄像、存儲和實(shí)時查看等一些基礎(chǔ)性的功能已經(jīng)無法滿足用戶的需要，在數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上，智能化的視頻監(jiān)控技術(shù)可對數(shù)據(jù)進(jìn)行自動分析和深度挖掘，根據(jù)需要提取有用信息，從而實(shí)現(xiàn)更多的功能。本文主要論述了智能化視頻分析技術(shù)的實(shí)現(xiàn)和應(yīng)用，同時也指出了其發(fā)展的不足和今后發(fā)展的方向。

視頻分析；大數(shù)據(jù)；智能；應(yīng)用

0 引言

在安防大數(shù)據(jù)時代，視頻監(jiān)控在運(yùn)行過程中會產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)，但大部分?jǐn)?shù)據(jù)屬于冗余信息，智能分析技術(shù)就是在海量的數(shù)據(jù)中可以快速的找出重要信息，智能化在安防系統(tǒng)的建設(shè)中顯得尤為重要。視頻監(jiān)控在高清化、網(wǎng)絡(luò)化之后，智能化是發(fā)展的主要方向，未來的安防視頻監(jiān)控技術(shù)將以視頻為核心，結(jié)合人工智能技術(shù)，實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)安防應(yīng)用向深度智能應(yīng)用的發(fā)展，而深度學(xué)習(xí)算法是實(shí)現(xiàn)更深層次智能的關(guān)鍵。

1 深度學(xué)習(xí)算法分析

在安防大數(shù)據(jù)時代，視頻監(jiān)控數(shù)據(jù)量井噴式增長，面對海量的數(shù)據(jù)，停留在淺層次分析識別階段的傳統(tǒng)智能算法已經(jīng)不能滿足需求，深度學(xué)習(xí)算法能進(jìn)行更深層次的數(shù)據(jù)價值挖掘，深度學(xué)習(xí)算法在視頻監(jiān)控智能化中的優(yōu)勢如下：

（1）深度學(xué)習(xí)算法的應(yīng)用范圍更廣泛，在不同的環(huán)境特征中，深度學(xué)習(xí)算法可以提取更豐富、更適合的特征參數(shù)，同時具有更強(qiáng)的抗環(huán)境干擾能力。

（2）深度學(xué)習(xí)算法的準(zhǔn)確率更高，可以提取更多、更微小和詳細(xì)的特征，使得識別分類對象的準(zhǔn)確率更高，從而讓讓智能化有了更好的提升。

（3）深度學(xué)習(xí)算法可識別的種類更加豐富，通過對足夠多的樣本進(jìn)行訓(xùn)練，深度學(xué)習(xí)算法更適用于復(fù)雜、抽象的人的行為和特征的分析，能夠?qū)崿F(xiàn)比較精準(zhǔn)的目標(biāo)識別。

2 智能視頻分析技術(shù)的實(shí)現(xiàn)

智能化視頻分析首先要運(yùn)用大數(shù)據(jù)技術(shù)對數(shù)據(jù)進(jìn)行分類，在安防監(jiān)控中，數(shù)據(jù)信息類型很多，從數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)類型來看，數(shù)據(jù)主要分為結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)、非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)和半結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)等。其中，監(jiān)控視頻錄像、摘要錄像、車輛卡口圖像、人臉抓拍圖像等視頻錄像和圖像記錄屬于非機(jī)構(gòu)化數(shù)據(jù)。半結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)如人的指紋記錄信息、人臉的建模數(shù)據(jù)等。結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)主要包括報警記錄，運(yùn)維數(shù)據(jù)記錄、以及各種相關(guān)的信息數(shù)據(jù)庫等。

安防智能化對數(shù)據(jù)的分析和處理方法主要有兩類：一類則是對結(jié)構(gòu)化、半結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)分析處理，主要工具有Spark、Hadoop大數(shù)據(jù)處理框架，以及Mahout、R數(shù)據(jù)挖掘工具，此類處理和分析工具和計算機(jī)在處理大數(shù)據(jù)方面的架構(gòu)類似。另一類是對視頻圖像等非結(jié)構(gòu)化信息的處理和分析工具，包括視頻編輯和轉(zhuǎn)碼、視頻智能分析工具等。通過這兩類工具可以對結(jié)構(gòu)化和半結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)快速準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)挖掘和分析。

目前，視頻監(jiān)控系統(tǒng)智能化的實(shí)現(xiàn)方式主要有前端智能和后端智能兩大類。前端智能不需要連接后端服務(wù)器，將智能分析的模塊安裝到前端設(shè)備內(nèi)，通過智能分析模塊實(shí)時分析視頻數(shù)據(jù)，對監(jiān)控信息實(shí)時性反應(yīng)有較高的要求的情況更適用于前端智能。后端智能是對監(jiān)控設(shè)備采集的信息進(jìn)行挖掘和分析放在后端服務(wù)器，這樣可以同時對多路數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，具有更強(qiáng)大的處理能力。相對于前端智能，后端智能更適用于對數(shù)據(jù)分析計算能力較高要求的場景，選用前端智能還是后端智能的應(yīng)該根據(jù)應(yīng)用場景的不同來決定。目前來看，單純的前端智能和后端智能都存在弊端，前端智能不能進(jìn)行大量數(shù)據(jù)的處理，后端智能處理數(shù)據(jù)量過大，更多數(shù)據(jù)屬于冗余信息，因此，采用前端智能與后端智能相結(jié)合的方式更能滿足需求。

3 智能視頻分析技術(shù)的應(yīng)用

隨著技術(shù)的發(fā)展及相關(guān)產(chǎn)品的開發(fā)，視頻監(jiān)控智能化的應(yīng)用正在逐漸發(fā)展，在常見的應(yīng)用場景中，如可進(jìn)行人臉識別的視頻監(jiān)控系統(tǒng)幫助各地公安系統(tǒng)抓獲了不少逃犯。在車輛視頻識別系統(tǒng)中可對車輛進(jìn)行更精細(xì)的識別，輸入一輛車的照片，可根據(jù)車漆顏色、車內(nèi)飾物等特征進(jìn)行精細(xì)搜索。又如某單位想查找一個5天前進(jìn)入單位的穿紅色衣服的女性，可以直接通過相關(guān)特征查找，獲得所有相關(guān)的人體圖片信息，也可以顯示人員運(yùn)動軌跡，為事后查詢提供證據(jù)等。

目前來看，智能視頻分析技術(shù)主要應(yīng)用于智能交通、平安城市、司法監(jiān)管等領(lǐng)域。智能視頻分析技術(shù)主要用來實(shí)現(xiàn)區(qū)域檢測、物品遺留、人臉識別、人數(shù)統(tǒng)計、車輛特征識別等功能。智能視頻分析技術(shù)的應(yīng)用主要側(cè)重于以下幾個方面：圖形圖像分析(視頻摘要分析技術(shù)、視頻質(zhì)量診斷技術(shù))、人體分析(提取人體特征技術(shù)、識別人臉技術(shù))、行為分析(行為異常分析、跟蹤目標(biāo)檢測)、車輛分析(車牌識別、車輛特征提取)等。通過多種智能分析算法，能夠?qū)Ω鞣N原始視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行智能處理，幫助用戶從海量的視頻數(shù)據(jù)中分析、篩選出關(guān)鍵信息，同時可以提供多種查看檢索方式，以達(dá)到快速查找、快速定位目標(biāo)的目的。

4 視頻監(jiān)控智能化技術(shù)發(fā)展的方向和難題

視頻解析、模糊數(shù)據(jù)處理和場景適應(yīng)性是視頻監(jiān)控智能化發(fā)展的三個主要方向。視頻解析主要是如何從海量的視頻數(shù)據(jù)中提取出重要的信息，實(shí)現(xiàn)視頻數(shù)據(jù)的智能檢索。模糊信息處理是對前端設(shè)備采集的比較模糊的視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理。場景適應(yīng)性主要表現(xiàn)在各種環(huán)境下能夠輸出質(zhì)量較高的視頻分析結(jié)果。

視頻監(jiān)控智能化的發(fā)展主要受芯片技術(shù)和深度學(xué)習(xí)算法技術(shù)發(fā)展的限制，在實(shí)踐應(yīng)用中，這些問題一直困擾著智能化的普及，主要表現(xiàn)在識別準(zhǔn)確率不高、設(shè)備環(huán)境適應(yīng)性較差和識別種類不多等。相關(guān)算法的進(jìn)一步優(yōu)化和核心處理器性能的提升是解決問題的關(guān)鍵，而提升處理器的性能也會帶來功耗的上升、成本的增加，給智能化設(shè)備的普及帶來困難。在優(yōu)化相關(guān)算法的前提下，提高核心處理芯片性能，發(fā)展小型化、低功耗的智能化視頻產(chǎn)品是視頻監(jiān)控智能化發(fā)展的方向。

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